壁面局部动态扰动作用下湍流边界层多尺度相互作用

对比分析大尺度高速/低速来流背景下,多种尺度间的相互作用,讨论通过主动减阻控制系统间歇输入能量实现流场减阻控制的可行性。实验使用压电振子对湍流边界层施加周期性局部扰动,同步采集压电振子上游固定探针和下游移动探针(沿法向高度移动)的流场信息。通过对压电振子上、下游不同尺度脉动速度信号的相关性分析,确定上下游信号的时空关系。通过预乘能谱图确定扰动信号及其高次谐波,并划分不同信号尺度。着重讨论大尺度高速/低速来流背景下,大尺度与扰动尺度、扰动尺度与小尺度的相互作用,发现大尺度高速背景对扰动信号有幅值调制作用。大尺度高速/低速来流背景下,扰动信号与小尺度信号存在固定的相位对应关系,且不受来流背景影响。明确以压电振子对流场进行主动间歇性控制时,在大尺度高速来流背景下施加局部动态扰动具有更好的调制控制效果。

MD-82飞机客舱环境流场的HWA测量与分析

使用热线测速技术以高于湍流最小时间尺度的分辨率,精细测量了MD-82飞机客舱环境中的条缝型送风口射流流场和个性化送风口射流流场.对流场的平均速度剖面、湍流度分布、湍能谱进行了分析.平均速度的变化揭示了离开出口后流场速度的衰减规律.湍流度表明了湍流流场脉动剧烈程度和湍流扩散发展规律,是各种尺度的脉动分量叠加的结果.对流场的湍能谱分析展现了惯性子区的存在,能量从大尺度的含能区通过惯性子区传递给小尺度结构并最终耗散为热能.

免标定热线风速测量方法的初步研究

本文通过实验方法研究了直径5μm圆柱与来流之间的对流换热规律。实验结果表明:传热努塞尔数经温度修正后与雷诺数的0.45次方成线性关系。根据该关系,本文提出了一种免标定的热线风速测量方法。该方法的核心是利用恒温热线风速仪记录热线探头产生的热量,并根据来流气温等参数直接计算风速。与现有热线测量技术相比,该方法对来流温度变化不敏感,且可实现免标定直接测量,使用便利性得到了提升。利用本文提出的新方法对均匀来流、湍流边界层、钝体绕流等流动进行验证实验,发现测量结果与真实值存在4%~23%的偏差。这些差异可能与探头大小、冷态电阻测量、导线电阻和接口接触电阻等多种因素相关。因此,本文提出的免标定热线风速测量方法具有发展潜力,但仍有一些技术细节需要解决。

旋风分离器内旋转流湍流特性的实验分析

采用热线风速仪(Hot wire anemometry,HWA)测量了300mm×2000mm旋风分离器内的瞬时切向速度,进而分析旋转流的湍流特性。基于测量的瞬时切向速度计算的湍流强度表明,切向湍流强度是由气流自身湍流脉动产生的湍流强度和气流旋转波动产生的湍流强度两部分构成。在壁面附近,切向湍流强度主要是旋转流自身的湍流脉动作用,旋转流波动对其影响较小;而在几何中心附近,切向湍流强度不仅有旋转流自身的湍流脉动,而且更主要是旋转流摆动的影响。由于旋风分离器内旋转流的旋转中心与几何中心不重合,形成了旋流的摆动,使中心区域的计算切向湍流强度骤增,远大于壁面区域的切向湍流强度。

旋风分离器内旋转流的不稳定性

旋风分离器内的流场是一个复杂的旋转流流场，以往的流场研究主要集中在稳态流场的时均特性上，重点关注流场的时均速度分布和湍流特性方面，从实验测量和模拟两方面进行，而对瞬态速度的分析不够，对流场的不稳定性尚缺乏分析。研究表明，旋风分离器内的旋转流存在着明显的不稳定性，其表现形式为旋转流的旋转中心和旋风分离器的几何中心不同心，旋转中心线是一条摆动曲线，流场呈现非轴对称分布.

不对称撞击流的实验研究与数值模拟

采用恒温式热线风速仪(CTA)测量不对称撞击流流场.用CFD软件对流场进行数值模拟,得到了和实验相吻合的结果.结果表明,不对称撞击流轴线上轴向速度除撞击面附近外,基本符合圆射流衰减规律.当喷嘴间距一定时,轴线撞击面驻点偏移量随气速比和喷嘴直径的增大而增大.当气速比一定时,轴线撞击面驻点偏移量随喷嘴间距增大而增大.

脊状表面减阻特性的风洞试验研究

利用热线风速仪,对光滑表面和多个脊状表面在低速风洞中进行了表面流场测试。基于测得的边界层速度分布数据,利用对数律区速度分布公式,编程分别计算出光滑表面和脊状表面的壁面摩擦速度和虚拟原点。研究发现,脊状表面最大减阻量达13.5%;有减阻效果的脊状表面使边界层速度曲线上移、湍流强度下降;与光滑表面相比,脊状表面的位移厚度和动量损失厚度明显减小,也表明脊状表面具有减阻效果;位移厚度和动量损失厚度减少量随槽间距s+的增加呈现先变大后变小的趋势,在s+=12时达到最大。

现代流动测量技术用于撞击流混合器内流动特性的研究进展

分别介绍了几种现代典型的流动测量技术包括热线风速仪(HWA)、激光多普勒测速技术(LDV)、相位激光多普勒技术(PDA)、激光粒子图像测速技术(PIV)及平面激光诱导荧光技术(PLIF)的基本工作原理。在对这些技术在近几年的应用状况进行了介绍和分析,指出使用这些测量技术对撞击流混合器内流场进行测试的重要意义。同时介绍了一种新型撞击流装置,并对撞击流的进一步研究进行展望。

柴油机加速过程快速补气的电动增压器设计及其特性

为解决增压柴油机因传统增压器在加速时反应迟滞所带来的冒烟问题,研制了一台由高速无刷电动机独立驱动的电动增压器,转速范围从6．0～24．0 kr/min,最大流量达到0．1 kg／s。针对电动机的结构特点对电动增压器进行新颖的结构设计,使安装方便,简化了传统增压器所需的润滑措施。利用热线风速仪测定了其出口处在不同的转速下稳态时速度分布,分析稳态质量流量与增压比在不同转速下的变化趋势,并在不同的起动时间内(10 s,15 s,20 s,25 s)测定其瞬态响应,对其瞬态流量特性进行初步的研究,为柴油机在加速试验时与电动增压器匹配提供依据。研究结果表明,该电动增压器具有响应速度快、流量大、不受发动机工况所控制等特点,为降低其排放烟度、改善其加速性能提供一条可行的途径。

大间距两不对称喷嘴对置撞击流驻点偏移规律

采用热线风速仪对大喷嘴间距下两不对称喷嘴形成的对置撞击流的轴线速度分布和驻点偏移规律进行了实验研究。研究结果表明,在大喷嘴间距下,两股射流在发生碰撞前,射流已经进入了充分发展区,当两喷嘴出口动量相等时,驻点位于两个喷嘴轴线中心;在撞击区中,两股射流关于撞击面是对称的。轴线上撞击流驻点受两喷嘴动量比的控制,随着动量比偏离1撞击流驻点向动量小的一侧喷嘴移动,两喷嘴出口动量差别越大,驻点偏离中心距离越大。得到了一个描述大喷嘴间距下驻点偏移的公式,拟合结果与实验结果的平均相对误差为10%。

光滑和脊状表面湍流边界层流场对比试验研究

在低速风洞中使用热线风速仪测试了光滑表面和脊状表面同一位置处的边界层流向速度分布。对比分析湍流统计平均量发现,有减阻效果的脊状表面使近壁区流速变大、湍流度降低,但对高阶矩的影响不明显;通过计算动量损失厚度,发现脊状表面具有超过10%的减阻量。

多压电膜式零质量射流激励器的设计与性能研究

设计了一种多压电膜式零质量射流激励器,并利用热线风速仪,得到了对应于射流中心线上固定位置处速度最大时的最佳频率.在该频率下,测量了零质量射流在不同孔径时沿中心线的速度分布;测量、分析和比较了不同激励膜数目对射流出口速度分布的影响.表明:在其他条件完全相同的情况下,一片振动膜时的激励器出口中心线上的平均速度和峰值速度,都较5片膜的情况小一半左右,而3片和5片压电膜时的激励器性能差别却不大.也就是说,虽然压电膜的数目增加能使激励器出口射流的能量增加,但这两者之间并非呈线性关系.此外还用PIV测量方法,直观地显示了射流出口的涡结构.

几何因素对多压电膜式零质量射流激励器性能的影响

利用热线风速仪,在最佳激振频率f=560 Hz时,研究了不同孔径、不同孔深、不同小孔出口几何形状等对多压电膜式零质量射流激励器性能的影响。实验结果表明:所用激励器的最佳孔径为2.5 mm,最佳孔深为2 mm,最佳深径比为0.8。激励器射流出口为锥孔要比为直孔好得多。锥孔在流场中心线上距离激励器出口5<y/d<18范围内,射流速度几乎不变。最后利用CFD数值模拟直观地显示了射流出口的涡结构,说明了几何尺寸产生影响的根源。

周期性壁面吹吸扰动在湍流边界层内的发展演化

用IFA300热线风速仪和双丝热线探针,在风洞中精细测量施加不同频率周期扰动前后的平板湍流边界层不同流向和法向位置的流向和法向速度分量的时间序列信号,采样频率高于Kolmogorov耗散时间尺度对应的频率。采用周期相位平均技术,从湍流边界层瞬时流向和法向速度分量信号中提取周期扰动速度信号的周期相位平均波形。对不同频率的扰动波在湍流边界层内沿流向和法向的衰减进行实验研究,测量不同扰动频率的流向、法向速度分量的扰动振幅在湍流边界层内沿流向和法向的分布,应用流动稳定性理论,计算扰动信号幅值的增长率在湍流边界层内沿流向和法向的分布,并与已有的理论、计算和实验结果进行对比分析。

恒温热丝测速法监测板式膜组件内局部流速与重度污染

分析了恒温热丝测速法(CTA)用于在线监测板式膜组件料液侧的局部流速(v)的可能性,研究结果表明植入板式膜组件料液侧由网格支撑物形成的流道内的细铂丝探头的线给热系数与v0.5存在着稳定的线性关系,籍此可以采用CTA在线监测板式膜组件料液侧的局部流速.利用直径为25.4μm的细铂丝制成长度为9~10mm(二倍流道宽度)的热丝传感器,直接固定在板式膜组件料液侧网状支撑物的纵向网线上,取得很好的CTA测速效果.此外,研究了气泡-CTA无漏检方法.结果表明,在采样速度为3000次/s,连续采样3次取平均值的计算机快速采样方式下,气泡-CTA对局部流道堵塞的早期检出是可靠的.

单斜热丝测量三维速度场算法研究

单斜热丝技术测量三维速度场的精度,取决于能否在较大速度和角度范围内,准确有效地反映有效速度与气流大小和方向的关系。在分析最小二乘、L-M算法拟合测量数据不足的基础上,采用粒子群优化算法求解测量数据,有效解决了热线旋转角度不确定性问题,避免了实际测量计算时重新引入热线方向性误差。同时,通过动态调整惯性权重因子及引入变异因子,克服了传统粒子群算法易陷入局部极值的缺点。本文发展的单斜热丝测量三维速度场的试验数据确定方法,经压气机转子出口流场测试试验表明,该算法精度较高。

周期性扰动在平板湍流边界层传播的实验研究

对不同频率的扰动波在湍流边界层内沿流向的传播进行了实验研究,研究发现,内层的周期扰动使边界层外层产生了扰动波响应,近壁区域的周期扰动在外区引起的扰动波响应振幅远大于内区,边界层内层猝发与边界层外层流动状态之间具有感受性的联系,内层猝发的生成与边界层外层流动状况密切相关。湍流是一个稳定的状态,湍流边界层不存在整体失稳,各种频率的扰动波沿流向的幅值总体上都是衰减的,衰减趋势越来越弱。但扰动波波幅沿流向并不总是单调减小的,有些时候出现局部的波幅增长。

旋风分离器有无灰斗对气相流场动态特性的影响

旋风分离器底端的排尘口依据气固分离工艺的要求分别采用有灰斗或无灰斗结构。但灰斗是否存在对旋风分离器内部流场影响的研究尚显不足。为此,采用热线风速仪对排尘口有灰斗和无灰斗的旋风分离器气相流场的切向速度进行了测量。结果表明旋风分离器内旋转流具有较强的不稳定性,表现为瞬时切向的速度低频高幅值波动变化。灰斗的存在进一步导致了排尘口附近瞬时切向速度的强烈波动。通过对瞬时切向速度的频谱分析表明,有灰斗结构的旋风分离器瞬时切向速度有2个主频,分别是存在于整个空间的全空间主频和出现在锥体下端排尘口附近区域的局部主频。无灰斗结构的旋风分离器仅有1个全空间主频。全空间主频是气体旋流中心围绕旋风分离器几何中心摆动造成的,而局部主频是灰斗气体回流造成的。灰斗气体回流主频与全空间旋转流摆动的主频叠加形成了锥体下端排尘口附近区域瞬时切向速度的2个主频。

基于条缝形出风口流场多尺度分析的飞机客舱吹风感实验研究

利用热线测速技术,精细测量了MD-82飞机真实客舱环境中条缝形出风口的射流流场,对实际测得的流场进行了子波多尺度湍涡分析,重构出湍射流流场中不同方向上的速度场分布,分析了不同尺度湍涡结构的能量分布规律及其能量传递规律。结果显示,不同尺度湍涡的能量分布规律与射流流场的发展演化有关,远场逆级串生成的低频低动能大尺度湍涡对机舱内热量的传递和污染物的输运扩散产生重要影响;从气流波动频率对舒适性影响的角度分析,该客舱条缝形出风口流场的气流不会使人有不舒适的感觉,但是从速度沿格栅分布的周期性及均匀性考虑,仍有待进一步的改进。

用热线测量旋流射流的优化处理方法

研究了单丝斜热线探针多方位旋转测量技术的数据后处理方法。针对射流流场的速度特征及单丝斜热线对垂直支杆来流的响应特性 ,提出了测量数据优化处理方法。结果表明 ,优化的方法可以得到更精确的结果。